1、無線自組織網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議概述唐敏 趙貴摘要：移動自組網(wǎng)由一組帶有無線收發(fā)裝置的移動節(jié)點(diǎn)組成，用來為遠(yuǎn)程操作、 戰(zhàn)場和地震或者洪水救援等緊急通信和易變的移動通信提供效勞。由于移動自組網(wǎng)與有線網(wǎng)的區(qū)別，使得為移動自組網(wǎng)設(shè)計一個適宜的分布式路由協(xié)議具有一定 程度上的難度。本文主要是介紹了 DSR和ADOX協(xié)議以及與有線網(wǎng)絡(luò)中DV路由協(xié) 議的區(qū)別。關(guān)鍵詞：無線自組網(wǎng)、DSR ADOV無線自組織網(wǎng)絡(luò)即 MANET(Mobile Ad Hoc Network)，是一種不同于傳統(tǒng) 無線通信網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)。傳統(tǒng)的無線蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)，需要固定的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備如基 地站的支持，進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)和用戶效勞控制。而無線自組織網(wǎng)絡(luò)不需

2、要固 定設(shè)備支持，各節(jié)點(diǎn)即用戶終端自行組網(wǎng)，通信時，由其他用戶節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù) 據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。這種網(wǎng)絡(luò)形式突破了傳統(tǒng)無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)的地理局限性，能夠更加 快速、便捷、高效地部署，適合于一些緊急場合的通信需要，如戰(zhàn)場的單兵 通信系統(tǒng)。但無線自組織網(wǎng)絡(luò)也存在網(wǎng)絡(luò)帶寬受限、對實(shí)時性業(yè)務(wù)支持較差、平安性不高的弊端。目前，國內(nèi)外有大量研究人員進(jìn)行此工程研究。無線自組織網(wǎng)絡(luò)(mobile ad-hoc network)是一個由幾十到上百個節(jié)點(diǎn)組 成的、采用無線通信方式的、動態(tài)組網(wǎng)的多跳的移動性對等網(wǎng)絡(luò)。其目的是 通過動態(tài)路由和移動管理技術(shù)傳輸具有效勞質(zhì)量要求的多媒體信息流。通常 節(jié)點(diǎn)具有持續(xù)的能量供給。由于Adhoc

3、網(wǎng)絡(luò)具有節(jié)點(diǎn)節(jié)電、減少帶寬消耗、拓?fù)淇焖僮兓⑦m應(yīng)單 向信道環(huán)境等多方面的要求，使得現(xiàn)有的IP路由協(xié)議，如RIP選路信息協(xié)議和OSPF開放最短路徑優(yōu)先協(xié)議等不能滿足要求，Adhoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的設(shè)計具有很大難度。IETF的MANE工作組重點(diǎn)研究無線 Adhoc中的路由 協(xié)議。主要有如下幾種草案：1. AODV AdhoconDemandDistmceVectorRoutingAdhoc 網(wǎng)絡(luò)的距離矢量 路由算法。2. TORATemporallyOrderedRoutingAlgorithm臨時順序路由算法。3. DSR DynamicSourceRouting 丨動態(tài)源路由協(xié)議。4.OLSR

4、 OptimizedLinkStateRoutingProtocol優(yōu)化的鏈路狀態(tài)路由協(xié)議。5. TBRPF TopologyBroadcastBasedonReversePathForwarding基于拓?fù)洳ニ偷姆聪蚵窂睫D(zhuǎn)發(fā)。6. FSR FisheyeStateRoutingProtocol魚眼狀態(tài)路由協(xié)議。7.IERPtheInterzoneRoutingProtocol丨區(qū)域間路由協(xié)議。8.IARP the In trazo neRouti ngProtocol丨區(qū)域內(nèi)路由協(xié)議。9.DSDV DestinationSequencedDistanceVector目標(biāo)序列距離路由矢量算法。

5、下面我將重點(diǎn)就DSF和AODV5種協(xié)議進(jìn)行介紹。(一) .DSR DynamicSourceRouting 丨動態(tài)源路由協(xié)議。DSR是基于源路由概念的按需自適應(yīng)路由協(xié)議。移動節(jié)點(diǎn)需保存存儲節(jié)點(diǎn)所知的源路由的路由緩沖器。當(dāng)新的路由被發(fā)現(xiàn)時，緩沖器內(nèi)的條目隨之更 新。DSR路由協(xié)議有兩個主要機(jī)制組成 路由尋找 (Route Discovery機(jī)制和 路由維護(hù)(Route Maintenance)機(jī)制。路由尋找機(jī)制在源節(jié)點(diǎn)需要給目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個分組并且還不知道到達(dá)目的 節(jié)點(diǎn)的路由的時候使用。當(dāng)源節(jié)點(diǎn)正在使用一條到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的源路由的時候，源節(jié)點(diǎn)使用路由維護(hù) 機(jī)制可以檢測出因?yàn)橥負(fù)渥兓荒苁褂玫穆酚桑?/p>

6、當(dāng)路由維護(hù)指出一條源路由已經(jīng)中斷而不再起作用的時候，為了將隨后的數(shù)據(jù)分組傳輸?shù)侥康墓?jié)點(diǎn)， 源節(jié)點(diǎn)能夠 盡力使用一條偶然獲知的到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路由，或者重新調(diào)用路由尋找機(jī)制找到一條新路由。在DSR路由協(xié)議中，路由尋找機(jī)制和路由維護(hù)機(jī)制均是完全按需操作，不需 要某個網(wǎng)絡(luò)層次的某種周期分組，如DSR不需要任何周期性的路由播送分組、 鏈 路狀態(tài)探測分組。DSR路由協(xié)議的的所有狀態(tài)都是“軟狀態(tài)，因?yàn)槿魏螤顟B(tài)的喪失都不會影 響DSR路由協(xié)議的正確操作，因?yàn)樗袪顟B(tài)都是按需建立，所有狀態(tài)在喪失之后 如果仍然需要的話那么能夠很容易得到迅速恢復(fù)。DSR路由協(xié)議的路由尋找機(jī)制和路由維護(hù)機(jī)制的操作是的單向鏈和不對稱路

7、 由很容易得到支持。DSR路由協(xié)議的完整版本直接使用“源路由，節(jié)點(diǎn)使用路由緩沖器存儲節(jié) 點(diǎn)所知的源路由，當(dāng)發(fā)現(xiàn)新路由時，更新緩沖器內(nèi)的條目。節(jié)點(diǎn)所發(fā)送的每個數(shù)據(jù)分組均在其分組頭中攜帶其將要通過的一個完整的、 按序排列的路由信息。DSR選項頭格式如下：i 口1V:1 -1f 01十267 ft H0112 p 1 4 = 3亠7 M i : 01 : 2 1 J 4 | i I 67 p ; 901牛衍鼻小®| F |囂 St 茴崔,55( Ptjdoddl 1(二) .AODVAdhoconDemandDistmceVectorRoutingAdhoc 網(wǎng)絡(luò)的距離矢量 路由算法。AO

8、DV各由協(xié)議是一種按需路由協(xié)議，實(shí)質(zhì)上是DSR和 DSDV勺綜合，它借用了 DSR中路由發(fā)現(xiàn)和路由維護(hù)的方法，及DSDV勺逐跳路由、順序編號和路由維護(hù)階段的周期更新機(jī)制，以DSDV為根底，結(jié)合 DSR中的按需路由思想并加以改進(jìn)。和 DSDV保存完整的路由表不同的是，AODVS過建立基于按需路由來減少路由播送的次數(shù)，這是AODV寸DSDV勺重要改進(jìn)。和DSR相比， AODV勺好處在于源路由并不需要包括在每一個數(shù)據(jù)分組中，這樣會使路由協(xié) 議的開銷有所降低。AODV是 一個純粹的按需路由系統(tǒng)，那些不在路徑內(nèi)的節(jié) 點(diǎn)不保存路由信息，也不參與路由表的交換。AODV協(xié)議可以實(shí)現(xiàn)在移動終端間動態(tài)的、自發(fā)的路

9、由，使移動終端很快 獲得通向所需目的的路由，同時又不用維護(hù)當(dāng)前沒有使用的路由信息，并且 還能很快對斷鏈的拓?fù)渥兓龀龇错憽ODV勺操作是無環(huán)路的，在防止了無窮計數(shù)問題的同時，還提供了很快的收斂速度。AODVt別于其他協(xié)議的最顯著的特點(diǎn)是路由表中每個項都使用了目的序列號(Destination sequenceNumber)。目的序列號是給發(fā)起節(jié)點(diǎn)的路由信息中使用的。使用目的序列號可以防止環(huán)路的發(fā)生。AODVt、議主要包括兩個階段：路由發(fā)現(xiàn)階段和路由維護(hù)階段。路由發(fā)現(xiàn) 階段的主要任務(wù)是建立與期望目的節(jié)點(diǎn)之間的可靠路由，這個路由可能是以 前有的，也可能是通過算法新建立的；路由維護(hù)階段的主要任務(wù)是

10、維護(hù)和更 新節(jié)點(diǎn)路由表中保存的路由表項。AODVt議中有五類控制消息：路由查詢消息(RREQ)、路由回復(fù)消息(RREP)、 路由錯誤消息(RERR)、RREP應(yīng)答消息(RREP ACK)，HELLO?肖息。當(dāng)源節(jié)點(diǎn)需要和目的節(jié)點(diǎn)通信時，如果在路由表中已經(jīng)存在了對應(yīng)的路 由，AODV不會進(jìn)行任何操作。當(dāng)源節(jié)點(diǎn)需要和新的目的通信時，它就會發(fā)起 路由發(fā)現(xiàn)過程，通過播送剛姬Q信息來查找相應(yīng)路由。當(dāng)這個RREQJ達(dá)目的節(jié)點(diǎn)本身，或者是一個擁有足夠新的到目的節(jié)點(diǎn)路由的中間節(jié)點(diǎn)時，路由 就可以確定了。所謂“足夠新就是通過目的序列號來判斷的。目的節(jié)點(diǎn)或 中間節(jié)點(diǎn)通過原路返回一個RREP信息來向源節(jié)點(diǎn)確定路由的

11、可用性。AODV使用了分布式的、基于路由表的路由方式，所以建立路由表后，在 路由中的每個節(jié)點(diǎn)都要執(zhí)行路由維持、管理路由表的任務(wù)，在路由表中都需 要保持一個相應(yīng)目的地址的路由表，實(shí)現(xiàn)逐跳轉(zhuǎn)發(fā)，這就與DSR所采用的源路由方式有很大的不同。后者在路由時，只有源節(jié)點(diǎn)知道到目的節(jié)點(diǎn)的完整 路由，而中間節(jié)點(diǎn)都不知道有關(guān)的路由信息。在維護(hù)路由表的過程中，當(dāng)路由不再被使用時，節(jié)點(diǎn)就會從路由表中刪 除相應(yīng)的項。同時，節(jié)點(diǎn)會監(jiān)視一個活動路由(activeroute ，有限跳的，可用于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的路由表)中下一跳節(jié)點(diǎn)的狀況。當(dāng)發(fā)現(xiàn)有鏈路斷開的情況時， 上游的節(jié)點(diǎn)就會使用 RERRS知更上游的節(jié)點(diǎn)。在 RERF消息中，

12、指明了由于 斷鏈而導(dǎo)致無法到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)。每個節(jié)點(diǎn)都保存了一個“前驅(qū)列表 (precursor list)來幫助完成錯誤報告的功能，這個列表中保存了把自己作為到當(dāng)前不可達(dá)節(jié)點(diǎn)的下一跳的相鄰節(jié)點(diǎn)(可以通過記錄RERF獲得)。RREPACK由源節(jié)點(diǎn)應(yīng)目的節(jié)點(diǎn)的要求發(fā)出，主要用于應(yīng)答目的節(jié)點(diǎn)的RREP肖息；HELLO消息是一類特殊的一跳 RREP®息，該消息用于節(jié)點(diǎn)保持和鄰居節(jié)點(diǎn)之 間的有效鏈路。AODV協(xié)議中規(guī)定節(jié)點(diǎn)保存的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要有：路由表、先驅(qū)表、單向鏈 路黑名單(black list)。路由表中保存節(jié)點(diǎn)到每一個目的節(jié)點(diǎn)的路由。先驅(qū)表用來保存使用相對應(yīng)的路由的所有鄰居節(jié)點(diǎn)，使得一旦出

13、現(xiàn)鏈路失效，本 節(jié)點(diǎn)能夠快速的通知到相關(guān)的鄰居節(jié)點(diǎn)。單向鏈路黑名單主要用于記錄于本 節(jié)點(diǎn)間存在單向鏈路的上游節(jié)點(diǎn)。在路由表中，針對每一個表項，需要記錄如下的內(nèi)容：目的IP地址(Destinationip Address);目的序列號(Destination Sequenee No) ;接口(Interface);跳數(shù)計數(shù)(Hop Count);上一次的跳數(shù)(Last Hop Count);下一跳NextHop;前驅(qū)列表List ofprecursors;生存時間Life Time;路由標(biāo)記RoutingFlags。其中，對序列號進(jìn)行管理是防止路由環(huán)路的關(guān)鍵 所在。當(dāng)發(fā)生斷鏈時，通過增加序列號和

14、度量值跳數(shù)來使路由表項無效。三.Adhoc與有線網(wǎng)絡(luò)中DV路由的區(qū)別Adhoc是由一組帶有無線通信收發(fā)裝置的移動終端節(jié)點(diǎn)組成的一個多跳臨 時性自治系統(tǒng)；每個移動終端同時具有路由器和主機(jī)兩種功能：作為主機(jī)，終 端需要運(yùn)行面向用戶的應(yīng)用程序；作為路由器，終端需要運(yùn)行相應(yīng)的路由協(xié)議；節(jié)點(diǎn)間路由通常由多跳Hop組成;不需要網(wǎng)絡(luò)根底設(shè)施，可以在任何地方、任何 地點(diǎn)快速構(gòu)建.其特點(diǎn)是1.獨(dú)立組網(wǎng)，不需要任何預(yù)先網(wǎng)絡(luò)根底設(shè)施；2.動態(tài)拓 撲，節(jié)點(diǎn)移動，節(jié)點(diǎn)無線發(fā)送功率變化、無線信道干擾或者地形等因素影響；3.自組織，無控制中心，節(jié)點(diǎn)故障不會影響到整個網(wǎng)絡(luò)。4.多跳路由，接收端和發(fā)送端可使用比兩者直接通信小得

15、多的功率進(jìn)行通信，因此節(jié)省了能量消耗，通過中間節(jié)點(diǎn)參與分組轉(zhuǎn)發(fā)，能夠有效降低對無線傳輸設(shè)備的設(shè)計難度和本錢，同時擴(kuò)大了自組織網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍5.特殊的無線信道特征，無線信道提供的網(wǎng)絡(luò) 帶寬比有線信道低得多，競爭無線共享信道產(chǎn)生碰撞，信號衰落、噪聲干擾以及信 道之間的干擾等；6.終端的局限性，能量、存儲、計算等資源受限；7.平安性差, 無線鏈路的開放性，移動性導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)之間信任關(guān)系的變化;8.可擴(kuò)展性不強(qiáng)，節(jié)點(diǎn) 之間的相互干擾造成網(wǎng)絡(luò)容量下降，各節(jié)點(diǎn)吞吐量隨網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)總數(shù)的增加而下 降;9.存在單向無線信道，終端發(fā)射功率的不同及地形環(huán)境的影響.而DV協(xié)議的通用屬性那么是：定期更新Priodic Upd

16、ates丨：DV協(xié)議每經(jīng)過特定時間就發(fā)送更新信息， 周期為10秒AppleTalk的RTMP到90秒Cisco的IGRF；更新信息發(fā)送間 隔過短會造成擁塞，而過長又會失去意義；鄰居Neighbour丨：即共享相同數(shù)據(jù)鏈路的一組路由器；DV協(xié)議在信息上是依賴于鄰居的逐跳更新方式；播送更新Broadcast Updates：向播送地址發(fā)送更新信息；相同路 由協(xié)議的鄰接路由器收包后回應(yīng)，不同路由協(xié)議的鄰接路由器丟棄；更新信息包 含整個路由表，鄰居會搜集自己需要的信息跳數(shù)+1，丟棄不需要的；網(wǎng)絡(luò)矢量算法只給出了網(wǎng)絡(luò)上的路標(biāo)也就是方向和直線距離，但是沒有給出沿路徑行走的細(xì)節(jié)，就像叉路口的路標(biāo)一樣，它很容

17、易受到意外或成心的破壞； 播送更新 有一個失效計時器，也就是一定時間deadtime內(nèi)hello包無回應(yīng)即刪除該鄰 居；水平分隔Split Horizon丨：路由器向外發(fā)送包含了整個路由表的更新信 息不僅浪費(fèi)了帶寬，還有可能造成Full Mesh網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)回路也就是不斷把從鄰 居路由器學(xué)到的路由回發(fā)給鄰居路由器 你收到并發(fā)出后經(jīng)過Full Mesh回路往 往會再發(fā)給鄰居，鄰居有更新了按照RIP的協(xié)議規(guī)那么也會不斷發(fā)給你，于是很可 能一直循環(huán)下去浪費(fèi)資源造成擁塞甚至導(dǎo)致段網(wǎng)，這并不必要，因此規(guī)定只發(fā) 送路由矢量方向的路由也就是只延續(xù)收到的路由，而與路由矢量方向相反的路由是逆向路由Reverse

18、Route丨默認(rèn)被水平分隔阻擋；分成簡單水平分隔發(fā)送 更新時接口不能發(fā)送從本接口得到的跟新信息和毒性逆轉(zhuǎn)水平分隔發(fā)送更新時通過指定跳數(shù)的inf無窮大來指定向該接口發(fā)送此更新信息的網(wǎng)絡(luò)不可達(dá)； 跳數(shù)的無窮大：Full Mesh網(wǎng)絡(luò)的環(huán)路下會不斷循環(huán)更新某路由使跳數(shù)直到 無窮大而使路由不可達(dá)默認(rèn)跳數(shù) 16的網(wǎng)絡(luò)不可達(dá)，解決方法是設(shè)定最大跳 數(shù)15；但收斂速度大大降低！其他解決方法是觸發(fā)更新和抑制計時器；觸發(fā)更 新Triggered Update：路由在發(fā)生變化時立刻發(fā)布更新而不等到計時器超時； 抑制計時器Holddown Timer：路由跳數(shù)變化時立刻抑制不收發(fā)有關(guān)其的更 新信息 等時間結(jié)束后再查看， 這是折中的方法， 雖然有效解決了跳數(shù)無窮大問 題但是抑制時間過短會造成擁塞， 而